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基本信息

Title:Quantum-inspired entanglement between collaborating brains during human memory encoding

發(fā)表時(shí)間：2026.3.11

發(fā)表期刊:PNAS

影響因子：9.1

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研究背景

當(dāng)你和同伴完美地合奏一首樂曲，或者在雙打比賽中默契配合時(shí)，你們的大腦似乎建立了一種無形的“心靈感應(yīng)”。在社會(huì)互動(dòng)中，協(xié)作大腦之間的信息處理對(duì)齊程度被認(rèn)為是協(xié)同記憶編碼的核心。然而，這種跨越個(gè)體、沒有物理介質(zhì)直接相連的腦間耦合機(jī)制，一直以來都是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的未解之謎。

過去，研究者們通常使用腦電相位同步指標(biāo)（如相位鎖定值或加權(quán)相位滯后指數(shù)）來衡量兩個(gè)大腦的同頻程度。但這帶來了一個(gè)致命的痛點(diǎn)：傳統(tǒng)的同步模型往往無法區(qū)分“真正的社交連接”和“虛假的外部同步”。想象一下，兩個(gè)互不相識(shí)的人在不同房間看同一部電影，他們的大腦也會(huì)因?yàn)樘幚硐嗤囊曈X和聽覺刺激而表現(xiàn)出高度的神經(jīng)同步。這種僅僅由外部刺激驅(qū)動(dòng)的“偽默契”，極大限制了我們對(duì)真實(shí)人際互動(dòng)的理解。

為了破解這一難題，2026年3月11日，首師大、中科院心理所、北航、中國科大的研究團(tuán)隊(duì)在PNAS上重磅發(fā)文，引入了一個(gè)大膽的跨界概念：將量子糾纏的啟發(fā)性框架應(yīng)用于腦科學(xué)，精準(zhǔn)捕捉兩個(gè)協(xié)作大腦之間真正的連接動(dòng)態(tài)，揭開人類協(xié)作記憶編碼的神經(jīng)面紗。

Fig. 1. Quantum cognitive framework for modeling interbrain entanglement during memory encoding.

研究核心總結(jié)

一、破局之法：量子啟發(fā)的腦間糾纏模型 (QAEM)

為了克服傳統(tǒng)同步指標(biāo)的局限，研究團(tuán)隊(duì)基于雙腦腦電圖（EEG）超掃描技術(shù)，開發(fā)了“量子對(duì)齊-未對(duì)齊糾纏模型”（QAEM）。該模型不局限于單一的相位對(duì)齊，而是將兩個(gè)交互的大腦視為一個(gè)雙量子比特的糾纏系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，研究者定義了兩種核心狀態(tài)：“對(duì)齊狀態(tài)”代表協(xié)作編碼時(shí)兩個(gè)大腦之間的高度一致性與信息共享，而“未對(duì)齊狀態(tài)”則反映了腦間一致性的降低與分歧。

Fig. 2. Collaborative encoding engages greater cognitive control and supports familiarity-based retrieval.

二、核心發(fā)現(xiàn)：協(xié)作編碼顯著提升大腦“對(duì)齊”概率

實(shí)驗(yàn)對(duì)比了受試者在“協(xié)作記憶”（需要協(xié)調(diào)反應(yīng)時(shí)間）和“獨(dú)立記憶”兩種條件下的腦電活動(dòng)。結(jié)果顯示，與獨(dú)立狀態(tài)相比，協(xié)作大腦在處理信息時(shí)投入了更多的認(rèn)知控制資源（表現(xiàn)為更強(qiáng)的前額葉激活）。更重要的是，在QAEM模型下，協(xié)作編碼引發(fā)了明顯更高的“對(duì)齊狀態(tài)”概率，同時(shí)“未對(duì)齊狀態(tài)”的概率顯著降低。在行為結(jié)果上，這種高度對(duì)齊的協(xié)作編碼，獨(dú)特地促進(jìn)了基于“熟悉度”的記憶提取表現(xiàn)。

Fig. 3. Comparisons of interbrain phase synchrony (PLV) and phase-lag connectivity (WPLI) between collaborative and independent encoding.

三、傳統(tǒng)指標(biāo)的失效與局限

該研究的一個(gè)重要亮點(diǎn)是揭示了傳統(tǒng)指標(biāo)的盲區(qū)。數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)的相位鎖定值（PLV）在協(xié)作和獨(dú)立兩種條件下的總體驗(yàn)證中并沒有顯著差異。不僅如此，加權(quán)相位滯后指數(shù)（WPLI）在獨(dú)立編碼時(shí)反而比協(xié)作時(shí)更高，這主要是因?yàn)槭茉囌咴讵?dú)立編碼時(shí)受到相同視覺刺激的驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生了穩(wěn)定的偽同步。這進(jìn)一步證明，傳統(tǒng)的同步指標(biāo)極易混淆外部刺激帶來的同步與真實(shí)的人際耦合。

Fig. 4. Comparisons of interbrain aligned and misaligned quantum states between collaborative and independent encoding.

四、機(jī)制解釋：同理心可動(dòng)態(tài)重塑腦間糾纏

這種腦間糾纏是固定不變的生理特征，還是可以靈活改變的社交狀態(tài)？研究團(tuán)隊(duì)通過第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)（引入同理心增強(qiáng)訓(xùn)練）給出了答案。結(jié)果表明，經(jīng)過同理心訓(xùn)練后，協(xié)作與獨(dú)立狀態(tài)之間的腦間糾纏差異被縮小，“對(duì)齊狀態(tài)”的概率向獨(dú)立基線回歸，記憶提取表現(xiàn)也隨之正?；?/strong>。此外，引發(fā)腦間差異的皮層區(qū)域從視覺處理區(qū)轉(zhuǎn)移到了與社會(huì)情感處理相關(guān)的腦區(qū)。這說明，腦間協(xié)調(diào)機(jī)制高度依賴于當(dāng)下的社交情境和同理心投入，而非死板的個(gè)人特質(zhì)。

Fig. 5. Individual-difference predictors of interbrain aligned-state (AS) dynamics across task phases Each row corresponds to one task phase

研究意義

該研究突破了以往僅靠行為學(xué)模擬量子認(rèn)知的局限，首次利用真實(shí)的神經(jīng)生理數(shù)據(jù)建立了評(píng)估腦間動(dòng)態(tài)交互的量子啟發(fā)模型。這不僅為理解社會(huì)互動(dòng)如何塑造人類記憶提供了全新的理論框架，也為未來研究復(fù)雜的人際協(xié)作與腦機(jī)接口提供了強(qiáng)有力的工具。

Fig. 6. Empathy training reshapes interbrain entanglement dynamics and behavioral outcomes during cooperative encoding.

Abstract

The extent to which two brains align during information processing is thought to be central to collaborative memory encoding; however, the neural mechanisms that support such interpersonal alignment remain elusive. Traditional interbrain synchrony models based on phase-alignment metrics fail to distinguish true interbrain connectivity from spurious synchrony driven by shared stimulus processing. Here, we introduce a quantum-inspired framework to capture the connectivity between two collaborating brains. Using dual-brain Electroencephalogram (EEG) hyperscanning, we quantified interbrain coupling during collaborative (Colla)-memory and independent (Indep)-memory encoding in two experiments, including 70 dyads (N = 140) in Experiment 1 and 41 dyads (N = 82) in Experiment 2, which incorporated an empathy-enhancement training procedure. Treating Indep as a baseline state, we found that Colla without training deviated from this baseline by showing a higher probability of “aligned” states and a lower probability of “misaligned” states. Following empathy enhancement, Colla state probabilities returned toward the Indep baseline, accompanied by parallel normalization in memory retrieval performance and a shift in the cortical distribution of Colla-Indep differences toward regions implicated in socioemotional processing. Together, the Quantum Aligned-Misaligned Entanglement Model demonstrates that interbrain connectivity dynamics during memory encoding are context sensitive, dynamically evolving with cooperative engagement, and can be reshaped by empathic interaction in ways that systematically relate to subsequent retrieval performance. These findings suggest that quantum-inspired entanglement can be applied to modeling interbrain neural connectivity, offering a framework for understanding collaborative memory encoding.

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分享人：飯鴿兒

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